激光层析成像方法可以校正大气中的湍流；来自地球的图像可与出自哈勃太空望远镜的图像相媲美

欧洲南方天文台（ESO）的超大型望远镜（VLT）通过利用一种称为激光层析成像的自适应新光学模式获得了探测中的第一束光——捕获了海王星、星团和其他天体的清晰测试图像。在窄场模式下与GALACSI自适应光学模块一起工作的先进MUSE仪器可以利用这项新技术来修正大气中不同高度的湍流效应所带来的模糊图像。

欧洲南方天文台（ESO）认为，利用这些技术可以从地面上拍摄到“比美国国家航空航天局（NASA）与欧洲航天局（ESA）的哈勃太空望远镜更清晰”的可见光波段图像。结合MUSE仪器的光谱探测器能力和精细的图像清晰度，天文学家们将能够比以前更详细地研究天体的性质，VLT上的MUSE（多单元光谱探测器）仪器与称为GALACSI的自适应光学单元一起工作。

图1 在欧洲南方天文台（ESO）的超大型望远镜（VLT）上利用MUSE/GALACSI仪器的窄场自适应光学模式时获得的海王星测试图像。右边的图像是关闭自适应光学系统运作时得到的，而左边的图像是在打开自适应光学系统之后得到的。在此致谢提供图片的欧洲南方天文台（ESO）/ P. Weilbacher（AIP）

这个测试利用了自适应光学设备（AOF）的一个子系统——4LGSF——激光导星设备，AOF为VLT单元望远镜4（UT4）上的仪器提供自适应光学的处理能力。MUSE是第一台受益于这种新设施的仪器，它现在有两种自适应光学模式——宽场模式和窄场模式。

在地面层模式下与GALACSI耦合的MUSE宽场模式可以校正在相对较宽视场范围内高度超过望远镜以上一公里的大气湍流效应。但是，使用激光层析成像的新窄场模式可以校正望远镜上方的几乎所有大气湍流，从而创建更清晰的图像，但是这仅仅局限于在较小的天空区域内。

可与哈勃太空望远镜相媲美

凭借这项新功能，直径8米的UT4达到了成像清晰度的理论极限，并且不再受大气模糊的限制，要实现在可见光环境下给出与来自NASA/ESA哈勃太空望远镜清晰度相当的图像是极其困难的。

图2 左图是VLT自适应光学窄场模式下得到的海王星图像；右图是来自NASA和ESA哈勃太空望远镜观测到的图像。需要注意的是，这两个图像不是在同一时间拍摄的，因此没有显示相同的表面特征。在此致谢提供图片的ESO、P. Weilbacher (AIP)、NASA和ESA

它将使天文学家能够以前所未有的细节辨别能力研究迷人的天体，例如遥远星系中心的超大质量黑洞、年轻恒星的喷流、球状星团、超新星、行星及其在太阳系中的卫星等等。自适应光学是一种补偿地球大气模糊效应的技术，也被称为天文观测，而地球大气模糊效应是所有地面望远镜面临的一个大问题。

大气中的相同湍流会使得肉眼观察到的恒星在闪烁，导致大型望远镜观测到了模糊不清的宇宙图像。来自恒星和星系的光在穿过我们的大气层时会变得扭曲，天文学家必须使用巧妙的技术来人为地改善图像质量。

为了实现这一目标，天文学家们将四个明亮的激光器固定在UT4上，这些激光器能将直径为30厘米的强橙色光柱投射到天空中，激发大气高空中的钠原子并制造出人造激光导星。自适应光学系统利用这些人造恒星发出的光来确定大气中的湍流，并在每秒内针对需要的修正做出1000次计算，命令UT4薄而可变形的副镜不断地改变其形状，以校正扭曲的光线。

图3 在ESO超大型望远镜上进行MUSE仪器窄场自适应光学模式测试期间获得的球状星团NGC 6388的图像。左侧的图像来自没有使用自适应光学系统宽场模式下的MUSE仪器，而中心面板是该视图一小部分的放大图。右侧图像是自适应光学系统开启时MUSE窄场模式下的视图

其他方面的益处

MUSE并不是唯一从自适应光学设备中获益的仪器，现在已经有了另一种自适应光学系统GRAAL与红外摄像机HAWK-I一起使用的例子。而先进的新仪器ERIS将在几年内实现这一目标，自适应光学系统的这些主要发展正在加强本已很先进的ESO望远镜队伍，使宇宙成为可被观测的焦点。

这种新模式也为ESO极大望远镜迈出了重要一步，因为它将需要激光层析成像来实现其科学目标。这些测试结果来自于带有AOF的UT4，它们将有助于使ELT的工程师和科学家们在直径为39米的极大望远镜身上实施类似的自适应光学技术。

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